某乘用車制動踏板感覺分析與調校研究

任國新

(一汽-大眾汽車有限公司，吉林長春 131300)

0 引言

隨著汽車越來越普及，用戶在關注車輛安全性的同時對于車輛的舒適性要求也越來越高。制動性能是車輛的主要性能之一[1]。在車輛所有系統當中，制動有著最高的優先級。根據JD-Power的調查研究發現，制動感覺的抱怨越來越成為人們關注的一個焦點，如剎車軟、剎車硬、剎不住、剎車不靈等。駕駛員與車輛作為一個有機整體，如何做到車輛的表現符合駕駛人員的預期？制動踏板作為對車輛制動的輸入機構，是連接駕駛員與車輛的橋梁，制動踏板感覺則是人們評價車輛制動性能以及感覺如何的主要信息來源[2]。

需要對制動踏板感覺如何評價以及如何應用到產品開發中進行研究。這就要求在開發新車型的前期，充分考慮不同用戶的駕駛習慣，設定好相應的開發目標，這些目標包括踏板力與減速度關系、踏板行程與減速度關系、踏板力與行程的關系等，并結合企業相應的標準進行客觀測試以及相應的主觀評價。

1 制動感覺、制動踏板感覺定義以及評價方法

1.1 制動感覺以及制動踏板感覺的定義

傳統液壓制動系統，駕駛員踩下制動踏板，在真空助力器的助力下，推動制動主缸活塞運動，管路油壓通過制動管路傳遞到制動輪缸，產生制動力矩，并通過輪胎與路面的摩擦形成制動力，使得車輛減速到最終停止[3-4]。在制動過程中，通過制動踏板的反饋，駕駛員的腳會得到相應感受，主要是踏板力和位移的感受，綜合身體感知到的減速度，以及駕駛員的心里預期等諸多因素，形成了完整的制動感覺。制動感覺是一個復雜的由制動系統的性能以及駕駛員的感受綜合決定的，是一個綜合的主觀上的感覺。而制動踏板感覺則是制動踏板機構給駕駛員的反饋，可以通過減速度-踏板力曲線和減速度-踏板行程曲線、踏板力與踏板行程、踏板行程與管路壓力、踏板力與管路壓力等進行客觀的測試，也可以通過一定的主觀感受來評價。

1.2 制動踏板感覺的評價方法

制動感覺主要由制動踏板感覺加之駕駛員的心理綜合預期等因素決定，而制動踏板感覺可以通過一定的客觀測試來進行分析及評價。文中通過具體的案例，通過調整制動系統零部件的參數達到優化制動系統的性能，解決相應的制動感覺抱怨。制動踏板感覺的評價指標有以下幾個方面：(1)制動效果：在一定車速下以一定的踏板速度進行相應的直線制動。評價踏板力與制動減速度、踏板行程與制動減速度能否達到預期，制動效果是否可以提供駕駛員足夠的信心；(2)制動響應：在一定車速下以一定的踏板行進速度進行相應的直線制動。評價制動響應包括制動系統空行程、制動系統的響應時間等是否符合要求，以及制動表現是否可以提供駕駛員足夠的信心；(3)制動線性：在一定車速下以一定的踏板速度進行相應的直線制動。評價踏板力、踏板行程及制動減速度三者之間的線性度是否符合要求；(4)壓力序列：在規定的車速下以一定的恒定的制動壓力進行直線制動，評價制動減速度的變化。文中推薦的測試車速為100 km/h，踏板的行進速度為20 mm/s。壓力序列測試的推薦車速為60 km/h，制動壓力從1 MPa開始，每1 MPa向上遞加直至ABS觸發前。

2 制動踏板感覺影響因素的理論分析

2.1 踏板力與減速度關系以及影響因素

制動踏板力與減速度關系主要影響因素：(1)制動踏板杠桿比。其大小決定了制動踏板力的大小，杠桿比大，產生相同的減速度所需要的踏板力??；(2)真空助力器助力比。其大小決定了真空助力器的助力大小，助力比越大，產生相同減速度所需要的踏板力??；(3)制動系統的始動力。始動力越小，產生相同減速度所需的踏板力越小；(4)助力器的增跳值。其值越大，在踩制動踏板的初始階段所產生的減速度越大；(5)制動主缸的缸徑。缸徑越大，產生相同減速度所需要的踏板力越大；(6)發動機抽真空能力。抽真空能力越好，說明助力器所能產生的真空度越高，所需要的踏板力就越小；(7)摩擦片摩擦因數。摩擦因數越高，產生相同制動減速度所需要的踏板力越小[5]。

2.2 踏板行程與減速度的關系以及影響因素

踏板行程主要由初始階段制動系統的空行程和制動系統有液壓輸出后的踏板行程兩部分組成，兩部分表現都影響制動踏板行程。制動踏板空行程的主要影響因素：(1)制動踏板安裝間隙[6]；(2)真空助力器總成的空行程；(3)制動器空行程[7]；(4)制動系統的排氣情況。

制動系統產生液壓后制動踏板行程的主要影響要素：(1)制動主缸缸徑。制動主缸缸徑越大，產生相同減速度，制動踏板行程越短；(2)輪邊制動器所需液量。所需液量越大，產生相同制動減速度，制動踏板行程越長；(3)制動管路(軟管、硬管)膨脹量；(4)零部件的變形量(包括制動踏板、前圍板，助力器、制動器變形量、摩擦片壓縮性等)；(5)摩擦片的摩擦因數。摩擦因數越高，產生相同制動減速所需要的制動踏板行程越短。

3 實際案例分析

3.1 試驗前準備工作

針對當前市場上的某型轎車市場反映的制動踏板感覺抱怨，具體表現為剎不住車和剎車反應不靈敏，可以總結歸納為制動效能差、制動遲滯，對此進行了相應的測試及分析。表1是該車制動系統主要零部件的相關信息。

表1 數值批量狀態制動系統關鍵零部件信息

在進行動態測試之前還需要確保試驗車輛狀態檢查，具體包含以下幾個方面：(1)整車狀態包括測試設備的檢查。確認整車發動機軟件為最新狀態，轉向、制動系統零部件狀態合格，傳感器標定等。測試設備安裝如圖1所示；(2)制動系統排氣。在車輛準備完成后還需要評估車輛的排氣情況是否合格；(3)在測試之前需要進行充分有效的制動磨合，保證制動盤和摩擦片可以充分接觸，產生最大的制動效能，制動磨合流程可以參考表2。

圖1 測試設備安裝

表2 制動磨合推薦流程

在測試過程中還應注意以下幾個事項：(1)在測試過程中要時刻檢測制動盤的溫度變化，要求小于100 ℃，防止熱衰退，影響制動效能。(2)為了測試制動系統本身的制動效果，建議測試時掛空擋進行。(3)為了保證最大的制動效能，測試時建議不開任何消耗真空度的負載，如收音機、空調等。

3.2 動態測試結果分析

動態測試結果如圖2所示。從圖2第一象限踏板力與制動減速度關系曲線可以看出：(1)踏板力與減速度的關系曲線斜率較低，即產生一定的制動減速度所需要的踏板力大?？赡艽嬷ζ髦Ρ刃?、摩擦片摩擦因數低、制動主缸缸徑大以及踏板杠桿比小的影響?？紤]到優化的可操作性以及經濟性，比較可行的辦法是增大助力器助力比以及更換摩擦片配方，提高摩擦因數。(2)減速度在初始階段的增跳值不明顯。查詢此車所使用的助力器參數，可以得出一個結論，選用的助力器的增跳值偏小，并對制動踏板感覺產生了影響。從第四象限中可以看出：對應曲線斜率較低，即產生相同制動減速度所需要的制動管路壓力較大，制動器制動效能較差，可能存在摩擦半徑較小、摩擦片摩擦因數低、制動器小的因素。考慮到優化的可操作性以及經濟性，比較可行的方案是更換摩擦片的配方，提高擦片摩擦因數。

圖2 動態測試曲線

4 解決方案的提出及驗證

綜上分析，提出了優化真空助力器及制動器的措施。(1)增大助力器的助力比和增跳值。(2)更換摩擦片的配方，提高摩擦因數。組合多種參數的方案并進行測試，方案定義如表3所描述，具體測試結果如圖3所示。

表3 多種優化方案系統參數

圖3 多種制動系統參數測試結果

圖3為第一象限踏板力與減速度關系曲線,由圖可知，提高真空助力器的增跳值對于駕駛員制動踏板的初始階段的制動減速度有明顯提升，但是1.9 MPa有些過高，制動時會給駕駛員產生頓挫的制動感覺，選取1.5 MPa是比較合理的；提高真空助力器的助力比會導致真空助力器的最大助力點下降，由于此車裝配的助力器助力拐點不高，繼續降低拐點對于整車的制動安全有一定影響[9]；通過提高摩擦因數可以很好地解決第一象限中減速度偏低的問題，同時解決第四象限制動壓力與減速度關系曲線中減速度過低的問題。

通過多種方案的對比，最終確定了采用優化方案一(圖3中黑色實線曲線)，與原方案對比踏板感覺有明顯改善。優化后的方案很好地解決了制動遲滯以及制動不靈敏的抱怨。壓力序列對比試驗如圖4所示。從壓力序列的對比測試結果可以很明顯地看到制動效能有較大改善，即在相同的制動壓力情況下，減速度有了明顯的提升。

圖4 壓力序列測試對比

制動踏板感覺的動態測試以后，按照主觀評價標準對優化前后的車輛進行了主觀的評價[10]，主觀評價分數見表4。表中沒有加粗的字體表示優化前打分結果，加粗字體表示優化后方案的打分結果。主觀評價認為優化措施有效，與客觀測試結果相符，可以有效地解決售后市場抱怨。

表4 主觀評價表

5 結束語

文中簡要說明了制動踏板感覺的定義、評價指標及評價方法。并結合具體的實例，分析了被抱怨車輛改進以及優化的方向，并通過對比測試確定最佳的優化方案，對于后續工作的開展以及分析解決市場上類似的相關制動感覺方面的抱怨有一定的指導作用。